พัฒนาเครื่องวัดระยะอัลตราโซนิกแบบดิจิตอล
1. บทนำ
คลื่นอัลตราโซนิกแพร่กระจายด้วยความเร็วที่แตกต่างกันในก๊าซ ของเหลว และของแข็ง โดยมีทิศทางที่ดี พลังงานที่มีความเข้มข้น การลดทอนน้อยที่สุดในระหว่างการส่งผ่าน และความสามารถในการสะท้อนที่แข็งแกร่ง คลื่นอัลตราโซนิกสามารถแพร่กระจายด้วยความเร็วที่แน่นอนและก่อให้เกิดการสะท้อนเมื่อเผชิญกับสิ่งกีดขวาง การใช้คุณลักษณะนี้ทำให้สามารถคำนวณระยะทางจริงได้โดยการวัดเวลาที่คลื่นอัลตราโซนิคใช้ในการเดินทางไปมา จึงสามารถวัดระยะห่างของวัตถุแบบไม่สัมผัสได้ ช่วงอัลตราโซนิกรวดเร็ว สะดวก และไม่ได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่างๆ เช่น แสง มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัดระดับของเหลวทางอุทกวิทยา การวัดสถานที่ก่อสร้าง การตรวจสอบตำแหน่งในสถานที่ การตรวจจับสิ่งกีดขวางการถอยหลังของยานพาหนะ การตรวจจับและกำหนดตำแหน่งเครื่องจักรเคลื่อนที่ และสาขาอื่นๆ เครื่องวัดระยะอัลตราโซนิกแบบดิจิตอลที่ออกแบบในบทความนี้จะนับสัญญาณพัลส์นาฬิกาที่ป้อนเข้าไปยังความถี่เฉพาะของตัวนับในระหว่างเวลาไปกลับด้วยอัลตราโซนิก และแสดงระยะการวัดที่สอดคล้องกัน
2. องค์ประกอบของวงจรและหลักการทำงานของเครื่องวัดระยะอัลตราโซนิก
เรนจ์ไฟนเดอร์อัลตราโซนิกประกอบด้วยวงจรสร้างอัลตราโซนิก วงจรขยายการรับอัลตราโซนิก วงจรนับและแสดงผล
2.1 วงจรสร้างอัลตราโซนิก
วงจรกำเนิดอัลตราโซนิก ตัวจับเวลาคู่ EN556 (U2b) สร้างทริกเกอร์แบบโมโนสเตเบิล R6 และ C6 สร้างวงจรดิฟเฟอเรนเชียล ซึ่งทำหน้าที่ดังต่อไปนี้: เมื่อกดปุ่ม S2 ระดับต่ำจะกลายเป็นพัลส์สไปค์เชิงบวกและลบ ซึ่งผ่าน VD1 เพื่อรับพัลส์สไปค์เชิงลบ ซึ่งจะกระตุ้นให้ทริกเกอร์พลิกแบบ monostable ระยะเวลาระดับสูงของเอาต์พุตฟลิปแบบ monostable คือประมาณ 1 มิลลิวินาที ซึ่งก็คือ tw µ 1.1R5C5 µ 1 ms EN556 (U2n) สร้างออสซิลเลเตอร์หลายฮาร์มอนิกที่มีความถี่การออสซิลเลเตอร์ f1=1/T1 data 1/{0.7 [(R1+R2)+2 (R 3+R4)] C3 data 40kHz การแกว่งของออสซิลเลเตอร์ถูกควบคุมโดยระดับเอาท์พุตของทริกเกอร์แบบโมโนสเตเบิล เมื่อทริกเกอร์แบบโมโนสเตเบิลส่งเอาต์พุตระดับสูง ออสซิลเลเตอร์หลายฮาร์มอนิกจะสั่น ขา 5 ของ EN556 เอาท์พุตพัลส์สี่เหลี่ยมประมาณ 40 พัลส์ที่มีความถี่ 40kHz และรอบการทำงานประมาณ 50% เมื่อพิจารณาถึงความไม่เสถียรของระยะเริ่มต้นของออสซิลเลเตอร์หลายฮาร์มอนิก จึงได้ออกแบบพัลส์เอาท์พุตจำนวนมากขึ้น หากจำนวนพัลส์เอาท์พุตน้อยเกินไป ความเข้มข้นของการปล่อยก๊าซจะต่ำและระยะการวัดจะสั้น หัววัดเซ็นเซอร์ความชื้น, ท่อความร้อนไฟฟ้าสแตนเลสเซ็นเซอร์ PT100, เครื่องทำความร้อนอลูมิเนียมหล่อ, วาล์วขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าของคอยล์ทำความร้อน แต่จำนวนพัลส์สูงเกินไปและระยะเวลาการปล่อยก๊าซยาวนาน เมื่อระยะห่างจากวัตถุที่วัดได้อยู่ใกล้ รถไฟพัลส์ยังไม่ถูกปล่อยออกมาจนสุด ซึ่งทำให้เสียงสะท้อนที่เกิดจากพัลส์ที่ปล่อยออกมาครั้งแรกไปถึงจุดรับ ส่งผลต่อผลลัพธ์ของช่วงและเพิ่มจุดบอดของช่วง U1a~U1e ของ 74HC04 (U1) สร้างวงจรขับเคลื่อนพัลส์อัลตราโซนิก ซึ่งสามารถเพิ่มแอมพลิจูดแรงดันพัลส์ของเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกในการขับขี่ ทำการแปลงไฟฟ้า/อะคูสติกได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพิ่มความสามารถในการปล่อยคลื่นอัลตราโซนิก และเพิ่มระยะการวัด รถไฟพัลส์ 40kHz จะกลับด้านผ่าน U1a แล้วกลับด้านผ่านอินเวอร์เตอร์แบบขนาน U1b และ U1e อีกวิธีหนึ่งคือผ่านเฟสย้อนกลับของอินเวอร์เตอร์แบบขนาน U1c และ U1d ทางทิศใต้
